[发明专利]一种加工综合误差建模方法

权利要求书

1.一种加工综合误差建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、位移误差归类，将位移误差进行归类以便分别计算；

S2、位移误差测量，通过分布在各个位置的位置传感器测得各个位置的位置数值；

S3、位移常量误差计算，通过步骤S2测量的数值计算获得位移常量误差；

S4、位移变量误差计算，通过对变量误差进行建模分析计算获得位移变量误差；

S5、将位移常量误差和位移变量误差相加获得位移综合误差；

步骤S1中位移误差归类为轮廓误差ξ₁、准静态误差ξ₂、热误差ξ₃、动态误差ξ₄、静态误差ξ₅、控制误差ξ₆、数字误差ξ₇和高频载荷误差ξ₈；

步骤S2中，测量数据包括：刀具与工件的间实际相对位置δ₁；机床控制系统命令产生的机床运动后工件与刀具的相对运动位置δ₂；预热后，机床缓慢运动无加工载荷下的相对位置δ₃；机床快速运动无加工载荷下工件与刀具的相对位置δ₄；无预热下机床缓慢运动无加工载荷下的相对位置δ₅；机床快速运动无加工载荷下工件与刀具的相对位置δ₆；在预热后，机床慢速运动下加工工件的相对位置δ₇；机床快速运动下加工工件的相对位置δ₈；

步骤S3中，轮廓误差ξ₁、准静态误差ξ₂、热误差ξ₃、控制误差ξ₆和数字误差ξ₇为位移常量误差；

其中ξ₁＝δ₂-δ₉；ξ₃＝δ₃-δ₅；ξ₆＝δ₉-δ₁₀；ξ₇为加工工件的刀具路径与工件的实际形状间的差值；ξ₂＝δ₉-δ₇；

步骤S4中，静态误差ξ₅、高频载荷误差ξ₈及动态误差ξ₄为位移变量误差；

所述静态误差ξ₅通过下式获得：

ξ_5x＝ε_xxf_x+ε_yxf_y+ε_zxf_z

ξ_5y＝ε_xyf_x+ε_yyf_y+ε_zyf_z

ξ_5z＝ε_xzf_x+ε_yzf_y+ε_zzf_z

其中f_x,f_y,f_z受到的x,y,z切削方向的载荷ξ_5x，ξ_5y，ξ_5z分别为x,y,z方向的静态误差，ε_xx，ε_yx，ε_zx分别为x,y,z方向的载荷对x方向静态误差的影响系数，ε_xy，ε_yy，ε_zy分别为x,y,z方向的载荷对y方向静态误差的影响系数，ε_xz，ε_yz，ε_zz分别为x,y,z方向的载荷对z方向静态误差的影响系数；

所述高频载荷误差ξ₈建模过程如下：

第一步：获得x,y,z方向上刀具在高频载荷下的响应x₁,y₁,z₁，通过模态试验获得机床刀具在x,y,z方向的模态质量、模态阻尼系数和模态刚度，并根据动力学方程获得关系式

通过积分求得x₁,y₁,z₁；

第二步：获得工作台在高频载荷下x,y,z方向的响应x₂,y₂,z₂，通过模态试验获得机床刀具在x,y,z方向的模态质量、模态阻尼系数和模态刚度，并根据动力学方程获得关系式

通过积分求得x₂,y₂,z₂；

第三步：建立高频载荷误差与刀具和工作台在高频载荷下的响应之间的线性关系，其线性关系为

ξ_8x＝γ_xx(x₁+x₂)+γ_yx(y₁+y₂)+γ_zx(z₁+z₂)

ξ_8y＝γ_xy(x₁+x₂)+γ_yy(y₁+y₂)+γ_zy(z₁+z₂)

ξ_8z＝γ_xz(x₁+x₂)+γ_yz(y₁+y₂)+γ_zz(z₁+z₂)

其中ξ_8x，ξ_8y，ξ_8z分别为x,y,z方向的高频载荷误差,γ_xx，γ_yx，γ_zx分别为高频载荷产生的x,y,z方向的位移对x方向高频载荷误差的影响系数，γ_xy，γ_yy，γ_zy分别为高频载荷产生的x,y,z方向的位移对y方向高频载荷误差的影响系数,γ_xz，γ_yz，γ_zz分别为高频载荷产生的x,y,z方向的位移对z方向高频载荷误差的影响系数；

所述动态误差ξ₄建模过程如下：

第一步：获得刀具及电主轴等装置在高速运动下的加速度造成刀具中心位置在x,y,z方向的响应x₃,y₃,z₃，通过模态试验获得机床刀具在x,y,z方向的模态质量、模态阻尼系数和模态刚度，并根据动力学方程获得关系式

通过积分求得x₃,y₃,z₃；

第二步：工件及工作台等装置在高速运动下的加速度造成刀具中心位置在x,y,z方向的响应x₄,y₄,z₄，通过模态试验获得机床刀具在x,y,z方向的模态质量、模态阻尼系数和模态刚度，并根据动力学方程获得关系式

通过积分求得x₄,y₄,z₄；

第三步：建立动态误差ξ₄与刀具与工作台在高频载荷下的响应之间的线性关系，其线性关系为

ξ_4x＝λ_xx(x₃+x₄)+λ_yx(y₃+y₄)+λ_zx(z₃+z₄)

ξ_4y＝λ_xy(x₃+x₄)+λ_yy(y₃+y₄)+λ_zy(z₃+z₄)

ξ_4z＝λ_xz(x₃+x₄)+λ_yz(y₃+y₄)+λ_zz(z₃+z₄)

其中ξ_4x，ξ_4y，ξ_4z分别为x,y,z方向的动态误差,λ_xx，λ_yx，λ_zx分别为快速运动的加速度产生的x,y,z方向的位移对x方向动态误差的影响系数，λ_xy，λ_yy，λ_zy分别为快速运动加速度产生的x,y,z方向的位移对y方向动态误差的影响系数,λ_xz，λ_yz，λ_zz分别为快速运行加速度产生的x,y,z方向的位移对z方向动态误差的影响系数。

2.根据权利要求1所述的加工综合误差建模方法，其特征在于，还包括步骤:

S6、按照步骤S1到S5的步骤，通过角度传感器，获得角度综合误差；

S7、将位移综合误差和角度综合误差结合获得机床的角度位移综合误差。